Первый полет «единички» состоялся 1 июля 1971 г. Самолет пилотировал экипаж под командованием заслуженного летчика-испытателя Героя Советского Союза М.В.Козлова. К проведению последующих полетов были привлечены наиболее квалифицированные специалисты МАП и МГА, но, анализируя ход испытаний и доводки Ту-144, невольно пожимаешь плечами. Прежде всего, самолет не проходил заводских испытаний, а всего через месяц после первого взлета, 6 августа, был официально предъявлен на совместные (МАП-МГА) Государственные испытания. Сделано это было «для сокращения сроков внедрения», ведь вопрос о «начале эксплуатации самолета в текущей пятилетке» рассматривался не где-нибудь, а на XXIV съезде КПСС! Возможно, партийные руководители полагали, что в качестве заводских испытаний можно зачесть полеты «нулевки», а реальную разницу между ней и серийной машиной им просто не объяснили? Или они, привыкшие мыслить по-крупному, просто не захотели вдаваться в такие подробности? Так или иначе, но излишняя политизация темы сыграла в данном случае негативную роль.
Естественно, специалисты понимали, что за месяц невозможно привести совершенно новый самолет в состояние, обеспечивающее планомерное проведение на нем зачетных полетов. Однако противиться политическому решению казалось еще более невозможным, и формально Госиспытания начались. Фактически же развернулась кропотливая работа по доводке самолета до требуемого уровня. Вместо сокращения это вылилось в значительное удлинение сроков испытаний, т.к. ввиду общей неготовности Ту-144 не удавалось организовать полеты для комплексной оценки сразу нескольких бортовых систем или проверки нескольких летных характеристик. Самолеты месяцами простаивали без двигателей НК-144А, ресурс которых составлял всего 50 часов. Многие элементы бортового оборудования имели ресурс в 100 часов, их также приходилось постоянно менять. Уже первые полеты выявили неудовлетворительные характеристики резиновых профилей, применявшихся для обеспечения герметичности дверей, которые «пели» в воздухе. Из-за быстрого вымывания ряда фракций терял свои свойства герметик. Плохо работала система измерения остатка топлива. Недостаточной была прочность гидравлической системы. Навигационное оборудование и автоматическая система управления не были в достаточной степени отработаны на стендах и доводились на борту. В итоге по состоянию на май 1973 г. было выполнено чуть больше 150 полетов.
В основном, испытательные полеты выполнялись с аэродрома в Жуковском, а необходимые доработки самолета и устранение дефектов производились производством туполевской фирмы. Для оперативного решения вопросов практически постоянно в Москве находились лучшие специалисты предприятий-разработчиков бортовых систем и оборудования. Ведущими летчиками-испытателями были Э.В.Елян и В.П.Борисов (ММЗ «Опыт»), В.Д.Попов, М.С.Кузнецов. Л.Ф.Клюев и Н.И.Юрсков (ГосНИИ ГА), В.И.Крыжановский и Ю.И.Юмашев (ЛИИ).